XVII - Il senso della vita e la sua regolazione

Il DNA è la banca in cui è depositata l’informazione necessaria per codificare tutte le proteine. Questo è un po’ quello che tutti ci sentiamo ripetere quotidianamente e che è alla base di un’espressione ormai comune: “E’ scritto nel suo DNA”. Tuttavia non tutti pensano al fatto (e vale la pena sottolinearlo) che il significato del DNA viene appunto dalle proteine. Sono le proteine che si prendono cura del DNA mantenendone l’integrità e duplicandolo fedelmente. E sono le proteine che riconoscono specifiche sequenze di DNA definendo cosi i promotori dei geni. Ad esempio una proteina potrebbe legarsi al DNA ogni qual volta esiste la sequenza GATCGATC. Un’altra potrebbe riconoscere e legare le sequenze TATA. Il legame di queste proteine definisce le regioni che agiscono da promotore e in questo modo identificano la regione di DNA che corrisponde ad un gene.

1-    Niente proteine niente geni. Il DNA contiene l’informazione per codificare le proteine e le proteine danno un significato al DNA. Se il cerchio si rompe non c’è modo per ricostruirlo. Prendete una molecola di DNA nuda. Non sarà mai in grado di produrre nulla. E lo stesso vale per le proteine. Una proteina pura potrà fare una certa attività per cui è stata costruita. Ma nient’altro. Questo solleva un problema filosofico: in che modo il cerchio DNA-Proteina-DNA si è stabilito? Vedremo che la terza molecola di cui ci occuperemo – RNA – ci aiuterà a dare una risposta. Rimane comunque difficile capire in che modo la complessità della vita come la vediamo oggi abbia potuto evolvere. 

   2- Circuiti. Per identificare un gene c’è bisogno di una proteina che leghi il promotore. In realtà ci sono più proteine che contemporaneamente legano e attivano un promotore ma per semplicità facciamo finta che si possa lavorare con una sola proteina per promotore. Se ogni promotore venisse riconosciuto da una proteina differente non sarebbe possibile avere ottenere nulla di utile per la cellula. Facciamo un esempio molto semplice. La proteina A riconosce il promotore del gene B. E’ ovvio che ci vuole un gene A per codificare la proteina A. Ma il gene A per essere attivo ha bisogno di una proteina che riconosca il suo promotore. Ad esempio la proteina B. Potremmo introdurre una serie di geni e proteine intermedi ma vista la premessa (ogni promotore viene legato da una proteina differente) questo sarebbe solo e semplicemente un cerchio che non produce niente. 

   Ovviamente la cosa funziona in modo differente. La proteina A, infatti può riconosce molti promotori ognuno a monte di un gene differente (nella figura gene C, gene D, gene E, gene F). Generalmente questi geni codificano proteine con funzione correlata, ad esempio le proteine necessarie per digerire un certo zucchero. La proteina B che controlla il gene A poi viene regolata da un sistema differente. In questo modo possiamo integrare una serie di circuiti in un unico sistema. La cosa è ovviamente molto più complicata di così e avremmo modo di discuterla in modo più approfondito. Però a questo punto penso sia importante utilizzare questo semplice modello per iniziare a visualizzare la complessità del problema.

3-    Regolazione. Se in una cellula manca la proteina che riconosce un certo promotore il gene non viene visto e risulta inattivo. Questo è il meccanismo tramite il quale si può regolare l’espressione dei geni in modo differente a seconda delle condizioni di crescita. E’ infatti evidente che risulterebbe uno spreco incredibile se non dannoso esprimere sempre tutti i geni. Prendiamo un batterio che cresce in un terreno ricco di glucosio (uno zucchero). Sarebbe inutile tenere attivi i geni che digeriscono il lattosio (un altro zucchero) se questo non è presente. Fare proteine, infatti, costa molta energia. Meglio farle quando c’è bisogno. Prendiamo un sistema più complesso: l’uomo. Noi siamo fatti da 10¹³ cellule. Alcune compongono i muscoli, altri il sistema nervoso altre la pelle e così via. E’ ovvio che far esprimere le proteine del muscolo anche alle cellule nervose e viceversa sarebbe non solo inutile ma dannoso. Così la proteina che regola i geni che codificano le proteine delle cellule nervose è presente solo nelle cellule nervose e non in quelle muscolari.